一种lte网络中跨小区d2d通信频谱分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及对LTE网络中D2D通信频谱资源分配问题的研究，属于无线资源管理
技术领域，特别是设及到跨小区D2D通信的频谱分配算法研究。
【背景技术】
[0002] 随着移动多媒体业务的快速发展，移动通信对频谱的需求越来越大，频谱资源愈 显匿乏，同时，现有频谱资源未被充分利用。D2D值evice-to-Device)通信技术是指在近距 离范围内的终端可W通过直连链路进行数据通信，并不需要像传统蜂窝通信那样需要基站 的转发。研究表明D2D通信技术在提高频谱效率、减少功耗和提升系统容量等多方面有巨 大优势。LTE系统中引入辅助的D2D通信，在提高频谱效率、系统总吞吐量的方面上具有很 大的优势，但是D2D通信共享的是LTE系统的授权频谱，传统蜂窝通信链路与D2D通信链路 会产生一定程度的同频干扰，从而影响系统的性能。为了抑制该些同频干扰，资源分配在 D2D通信就显得十分重要。
[0003] 目前D2D资源分配问题的研究工作主要集中在单小区模型下的资源分配，通常， D2D用户有3种模式与蜂窝用户共享资源；1)蜂窝模式，D2D用户进行传统的基站转发蜂 窝通信；2)专用资源模式，系统分配专用资源，剩余资源用于蜂窝通信，各部分资源相互 正交，D2D通信与蜂窝通信之间不会产生干扰；3)复用模式，D2D用户复用蜂窝用户的资 源，会产生同频干扰。为了最大限度地提高频谱效率，复用模式下的资源分配是研究热口 (参见文献；王俊义，巩志帅，符杰林，陈小徽，林基明.D2D通信技术综述[J].桂林 电子科技大学学报? 2014 (02))。Zulhasnine.M在（Zulhasnine,M;QiangchengHuang; Srinivasan,A.EfficientResourceAllocationforDevice-to-DeviceCommunication UnderlayingLTENetwork[C].IEEE6thInternationalConferenceonWirelessand MobileComputing,NetworkingandCommunications.IE邸，2010:368-372.)中针对小 区内蜂窝用户和D2D用户的干扰问题提出了最大化系统吞吐量的贪婪算法，把D2D的无 线资源分配问题总结为溜合整数非线性规划问题。在化inWang;Li化en;Xiaohang Chen;XinZhang;DachengYang.民esourceAllocationOptimizationforDeviceto DeviceCommunicationUnderlayingCellularNetworks[C]. 2011IEEE73rdVehicular TechnologyConference(VTCSpring).IE邸，2011:1-6.)中BinWang提出 了一对D2D用 户复用多个蜂窝用户频谱资源的分配方法，提升了小区的吞吐量的同时改善了小区边缘 用户的性能。随着非连续载波聚合技术的发展，D2D用户智能的复用多个蜂窝用户一定 比例的部分资源的想法成为现实。Yingqi化ai在灯ingqi化ai;Qin組eDu;PinyiRen. PartialTime-Frequency民esourceAllocationforDevice-to-DeviceCommunications UnderlayingCellularNetworks[C].Communi-cations(ICC),2013IEEEInternational Conferenceon.IE邸，2〇l3:6〇55-6〇 59.)中提出了PartialTime-frequencyResource Allocation算法，蜂窝用户只复用部分频谱资源给D2D用户，基站根据具体的性能指标（吞 吐量、干扰大小等）确定资源复用比例，这样既保证了蜂窝通信的稳定性，也提高了系统的 容量。
[0004]W上研究都是基于单小区的D2D通信，跨小区的D2D通信因为干扰情况更 为复杂，现有研究相对较少。在（化a〇}dXu;HaimingWang;化〇Qien.Effective InterferenceCancellationMechanismsforD2DCommunicationinMulti-Cell CellularNetworks[C].2012IEEE75thVehicularTechnologyConference(VTC Spring).IE邸，2012:1-5.)中化ao^Xu提出了一种多小区基站协作进行资源分配的方 法，两基站进行一些信息交换后再进行资源分配。NiannianDan在（NiannianDan; BingbingLi；BingLan；ChangJunRen.ResourceAllocationoverCooperationfor cross-cellD2DCommunicationUnderlayingLTENetwork[C].TENCON2013-20131邸E RegionlOConference(31194).IE邸，2013:1-4.)中提出 了一种W基站为中屯、，给基站划 分了一个W基站为中屯、，半径r的排除区域，只有当蜂窝用户处于排除区域内，同时D2D 用户处于排除区域外的情况下，才允许共享相同频谱资源的方法来进行资源分配。化n Huang在(JunHuang；YanxiaoZhao;Sohraby,K.Resourceallocationforintercell device-to-devicecommunicationunderlayingcellularnetwork:Agame-theoretic approach[C]. 201423rdlnternationlConferenceonComputerCommunicationand Networks(ICCCN)，I邸E，2014:1-8.)中提出了一种基于重复博弈模型的资源分配算法，通 过求解纳什均衡得到最优的资源分配。
[0005] 然而W上几种跨小区分配方案存在着不足之处；并没有考虑相邻小区的负载情 况。如果两小区的负载相差悬殊，W上的资源分配方案存在着重负载小区网络拥阻而轻负 载小区频谱资源未被充分利用的问题。针对该种情况，本文提出一种考虑基站负载的部分 频谱资源分配方案，该方案的目的是均衡相邻小区的负载，同时有效地抑制D2D与蜂窝用 户之间的干扰，提升系统吞吐量。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的问题，本发明提供了一种有效地平衡了相邻小区的负载，降低 了D2D通信的加入对传统蜂窝通信稳定性的影响，提高了系统的总吞吐量的LTE网络中跨 小区D2D通信频谱分配方法，本发明的技术方案如下；一种LTE网络中跨小区D2D通信频谱 分配方法，所述LTE网络由异频组网的抑D-LTE系统组成，跨小区D2D模型包括小区1和小 区2,包括W下步骤：
[0007] 101、当小区1的蜂窝用户D_T和小区2的蜂窝用户D_R之间请求进行D2D通信时， 小区1内的基站eNBl和小区2内的基站eNB2之间通过X2接口互相传递自己的小区负载， 小区负载用当前传输负载来衡量；
[000引 102、根据步骤101的小区1和小区2内的当前传输负载，分两种资源分配模型；A、 如果小区2的当前传输负载大于小区1的当前传输负载，且小区1和小区2的当前传输负 载之间的差值大于等于阔值M时（相差悬殊的衡量数值在具体实施例举例，举例：小区1有 20个蜂窝用户，小区2有30个蜂窝用户，M可设为2X108bit/s)，则小区1为轻负载小区， 则由小区1的基站eNBl来负责D2D通信的资源分配，且复用的是轻负载小区1的频谱资源， 跳转至步骤103进行资源分配；B、若小区1和小区2的当前传输负载之间的差值小于阔值 M时，则由两基站协作进行小区间D2D资源分配，复用的是两小区中的频谱资源，跳转至步 骤104进行资源分配；
[0009] 103、当复用的是轻负载小区1的频谱资源，根据轻负载小区1的D2D用户的位置 信息，基站eNBl将小区内另一侧的蜂窝用户到eNBl的蜂窝用户按信道增益Gtc降序排列， 选择前K个作为复用给D2D通信的资源组，组成集合Si= {c。，C。，…，CiJ，n对D2D按请 求通信的先后顺序组成集合D= {di，…，屯};每一个蜂窝用户只提供一定比例q的频谱资 源给D2D复用，假设一对D2D最多能同时复用K个蜂窝用户的频谱资源，当D2D复用k个蜂 窝用户，其中k<K，则有Ct.种资源组合，每个组合下，计算每个蜂窝用户资源复用比例q，q的 计算公式：
，Gtd表示蜂窝用户到D2D接收端的信道增益，0是标准化系 数，0是一个非负常数，将Si中未被组合选中的蜂窝用户的q置0,得到每一种组合下q的 集合货，其中Xe化2，-'，巧}，然后将资源分配转化为最大吞吐量优化模型求解来得到最 终的资源分配结果；
[0010] 104、当复用的是两小区中的频谱资源，则经过D2D发现过程，eNB2得到D_T跟D_R 的ID,D_T向D_R发送的链路测量信号，并将测量结果反馈给基站eNBl，基站eNBl在cell1 中将小区另一侧的蜂窝用户信道增益Gtc降序排列，选择前K个蜂窝用户用来复用给D2D通 信，组成集合Si= {cii，ci2,…，CiJ;eNB2从Cell2中将小区内另一侧的蜂窝用户的信道增 益Gte降序排列，选取前K个用户用来复用给D2D通信，组成集合S2 ={C21，C22,…，C2k}，并将 集合的信息发送给eNBl，eNBl从Sl和S2中选出K个蜂窝用户组成集合S3={c。C2，…，CK}; eNBl和eNB2分别计算S3中本小区蜂窝用户复用给D2D通信、未复用的资源块RB的信干噪 比W及D2D复用RB后的SINR;得到每一种组合下q的集合化，然后由最大吞吐量优化模型 求解来得到最终的资源分配结果。
[0011] 进一步的，步骤103和步骤104中所述的最大吞吐量优化模型求出最终分配给d。 的资源组合：
[0014] 丫。.th和丫d.th分别是蜂窝用户、D2D用户信干噪比的接收口限，丫。丫。th和 丫 丫d.th确保蜂窝用户和D2D用户能够达到正常通信的要求，
表示每对D2D最 终分配到的带宽不超过系统分配给蜂窝用户的带宽。
[0015] 进一步的，步骤104中求取蜂窝用户复用给D2D通信、未复用的资源块RB的信干 噪比W及D2D复用RB后所得的SINR分别是；
[0016] …
[0017]Pt，Pd分别为蜂窝用户和D2D用户分配给各自RB的功率，N。为高斯白噪声，I为复 用相同RB的D2D用户的干扰，Gte为蜂窝用户到基站的信道增益，为D2D发射端到基站 的信道增益，Gdd为D2D接收端与发送端之间的信道增益，Gtd为蜂窝用户到D2D接收端之间 的信道增益，
[0018] 根据香农公式得相应RB的速率：
[001引rci=Bl0g2(l+Yci)，re2=Blog2(l+Yc2)似
[0020] B为RB的带宽。
[0021] 本发明的优点及有益效果如下：
[0022] 本发明的跨小区D2D通信频谱分配算法，在考虑小区负载情况下建立合适的资源 分配模型，然后再根据相应模型，通过优化模型求出在D2D复用蜂窝用户数k不超过K的条 件下的最大吞吐量来进行最终的资源分配。该算法起到了平衡负载的作用，同时通过使D2D 用户复用多个蜂窝用户一定比例的频谱来满足D2D通信的Qos要求和抑制D2D用户对蜂窝 用户的干扰，提高了蜂窝通信的稳定性和系统的总吞吐量。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明中LTE系统中跨小区D2D通信系统模型；
[0024]图2为本发明中小区间负载悬殊下的系统模型；
[00巧]图3为本发明中小区间负载相当下的系统模型；
[0026]图4为本发明中最大化吞吐量优化模型的算法描述；
[0027] 图5为本发明中负载悬殊模型下的资源分配算法描述；